РНК-полімераза II

РНК-полімераза II (RNAP II або Pol II) — еукаріотичний ензим, що грає центральну роль у процесі транскрипції протеїн-кодуючих генів. Використовуючи геномну ДНК як шаблон, РНК-полімераза ІІ синтезує прекурсор матричної РНК (мРНК), а також більшість мяРНК та мікроРНК.^[2][3]

РНК-полімераза II дріжджів Saccharomyces cerevisiae; показані всі 12 субодиниць.^[1]

РНК-полімераза ІІ є висококонсервативним білком, чия тривимірна будова та механізм дії в головних своїх рисах не змінились від дріжджів до ссавців.^[4]

РНК-полімераза ІІ дріжджів складається з 12 субодиниць, що мають сумарну молекулярну масу 550 кДа. РНК-полімераза ІІ є найбільш вивченою РНК-полімеразою. Для ініціації транскрипції за участю РНК-полімерази ІІ необхідна велика кількість допоміжних білків, головним чином факторів транскрипції. 

Субодиниці

«Ядро» очищеної еукаріотичної РНК-полімерази ІІ (the eukaryotic core RNA polymerase II)^[5] складається з 10-12 субодиниць (12 у людини та дріжджів) та не здатне самостійно розпізнавати промоторні послідовності генів.^[6] Спосіб взаємодії різних субодиниць між собою детально вивчений.^[7]

RPB1-субодиниця з доменами:
зелений — RPB1-домен 1,
синій — RPB1-домен 2
пісочний — RPB1-домен 3
блактиний — RPB1-домен 4
коричневий — RPB1-домен 6
рожевий — RPB1 CTD.

• RPB1 (ДНК-залежна РНК-полімераза субодиниця 1) — ензим, що в людському геномі кодується геном POLR2A та геном RPO21 у дріжджах. RPB1 — це найбільша субодиниця РНК-полімерази II. В поєднанні з деякими іншими субодиницями RPB1 утворює ДНК-зв'язуючий сайт полімерази — заглиблення, в якому ДНК зчитується у молекулу РНК.^[8] Основними партнером по взаємодії є RPB8.^[7]
  • Субодиниця RPB1 є найбільшою і містить C-кінцевий домен, що складається з великої кількості (до 52 одиниць у людини, 26 у дріжджів) семипептидних повторів Tyr1‑Ser2‑Pro3‑Thr4‑Ser5‑Pro6‑Ser7, які є критично важливими для полімеразної активності.^[9] Загалом цей домен є досить еволюційно консервативним. Його модифікації, такі як фосфорилювання є важливими модифікаторами ативності полімерази. Так, при ініціації транскрипції важливим є високий рівень фосфорилювання Ser5 та низькі рівні фосфорилювання Tyr1 та Ser2, які повинні бути фосфорильовані, навпаки, для термінації транскрипції.^[10]
    Також C-кінцевий домен є платформою для взаємодії з багатьма іншими білками, які беруть участь у транскрипції та процесингу РНК: у кепуванні, сплайсингу, поліаденілуванні тощо^[10].

• RPB2-субодиниця кодується геном POLR2B та є другою за величиною у комплексі РНК-полімерази ІІ. В поєднанні з як мінімум двома іншими субодиницями утворює структуру, яка підтримує контакт між ДНК-матрицею та новосинтезованою РНК в активному сайті полімерази.^[11]

• RPB3-субодиниця кодується геном POLR2C та є третьою за величиною в комплексі. Існує у вигляді гетеродимеру із субодиницею, підтримуючи архітектуру ядра полімерази. RPB3 взаємодіє з RPB1-5, 7, 10-12.^[7]

• RPB4 — четверта за величиною субодиниця, кодується геном POLR2D,^[12] виконує стабілізаційні функції.

• RPB5 — кодується геном POLR2E. В РНК-полімеразі II присутні дві такі субодиниці.^[13] RPB5 безпосередньо взаємодіє з RPB1, RPB3, та RPB6.^[7]

• RPB6 кодується геном POLR2F — стабілізує положення комплексу на ДНК-матриці.^[14]

• RPB7 — кодується геном POLR2G та ймовірно грає роль в регуляції активності полімерази.^[15] RPB7 взаємодіє з RPB1 та RPB5.^[7]

• RPB8 (ген POLR2H) — взаємодіє із субодиницями RPB1-3, 5, та 7.^[7]

• RPB9 — заглиблення, в яке входить ДНК-матриця і де вона зчитується (транскрибується) в РНК-продукт; утворене субодиницями RPB9 (ген POLR2I) та RPB1.

• RPB10 — кодується геном POLR2L. Взаємодіє з субодиницями RPB1-3 та 5, а також сильно з RPB3.^[7]

• RPB11 — у людини складається з трьох менших субодиниць: POLR2J (RPB11-a), POLR2J2 (RPB11-b), та POLR2J3^[16] (RPB11-c).

• RPB12 — субодиниця взаємодіє з RPB3 та RPB12 (ген POLR2K).^[7]

Утворення

RPB3 бере участь в ассемблінгу РНК-полімерази II.^[17] Субодиниці RPB2 та RPB3 поєднуються одразу після біосинтезу складових частин полімерази.^[17] Вони в свою чергу взаємодіють з RPB1.^[17] RPB3, RPB5, та RPB7 взаємодіють самі з собою, утворюючи гомодимери, після чого RPB3 разом із RPB5 мають змогу об'єднати всі інші субодиниці, окрім RPB9.^[7] Тільки RPB1 сильно взаємодіє з RPB5.^[7] Субодиниця RPB1 контактує з RPB7, RPB10, а також деякою мірою з RPB8.^[7] Як тільки RPB1 приєднується до комплексу, інші субодиниці, такі як RPB5 та RPB7, можуть також входити до його складу; в свою чергу RPB5 приєднується до RPB6 та RPB8, а RPB3 приєднується до RPB10, RPB 11, та RPB12.^[7] RPB4 та RPB9 приєднуються на завершальній фазі ассемблінгу. RPB4 зв'язується з RPB7.^[7]

Голоензим

Голоензим РНК-полімерази ІІ — це комплекс, що складається з власне полімерази, факторів транскрипції та інших регуляторних білків для ініціації транскрипції на промоторах протеїн-кодуючих генів.^[6] 

Частина голоензиму має назву комплекс преініціації (the preinitiation complex), тому що саме цей комплекс білків утворюється перед початком транскрипції. Медіатор (the mediator complex) грає роль посередника між РНК-полімеразою ІІ та факторами транскрипції.

Залежність від будови хроматину

Активність РНК-полімерази ІІ є опосередковано залежною від локальної структури хроматину, а саме до пост-трансляційних модифікацій гістонів.

Посилання

1. Meyer PA, Ye P, Zhang M, Suh MH, Fu J (Jun 2006). Phasing RNA polymerase II using intrinsically bound Zn atoms: an updated structural model. Structure. 14 (6): 973—82. doi:10.1016/j.str.2006.04.003. PMID 16765890.
2. Kornberg R (1999).
3. Sims, R. J. 3rd; Mandal, S. S.; Reinberg, D. (June 2004).
4. Carrie Bernecky, Franz Herzog, Wolfgang Baumeister, Jürgen M. Plitzko, Patrick Cramer. Structure of transcribing mammalian RNA polymerase II // Nature. — 2016. — Vol. 529. — P. 551–554. — DOI:10.1038/nature16482.
5. Sawadogo M, Sentenac A (1990).
6. Myer VE, Young RA (October 1998).
7. Acker J, de Graaff M, Cheynel I, Khazak V, Kedinger C, Vigneron M (Jul 1997).
8. «Entrez Gene: POLR2A polymerase (RNA) II (DNA directed) polypeptide A, 220kDa».
9. Brickey WJ, Greenleaf AL (June 1995).
10. Odil Porrua & Domenico Libri (March 2015). Transcription termination and the control of the transcriptome: why, where and how to stop. Nature reviews. Molecular cell biology. 16 (3): 190—202. doi:10.1038/nrm3943. PMID 25650800.
11. «Entrez Gene: POLR2B polymerase (RNA) II (DNA directed) polypeptide B, 140kDa».
12. Khazak V, Estojak J, Cho H, Majors J, Sonoda G, Testa JR, Golemis EA (May 1998).
13. «Entrez Gene: POLR2E polymerase (RNA) II (DNA directed) polypeptide E, 25kDa».
14. «Entrez Gene: POLR2F polymerase (RNA) II (DNA directed) polypeptide F».
15. «Entrez Gene: POLR2G polymerase (RNA) II (DNA directed) polypeptide G».
16. «POLR2J3 polymerase (RNA) II (DNA directed) polypeptide J3».
17. Kolodziej PA, Young RA (Sep 1991).